Chưa có sản phẩm trong giỏ hàng.
Van công nghiệp
Gang là kim loại gì
Bạn đang tìm hiểu về “gang là gì” hay “gang là kim loại gì”. Gang đóng vai trò then chốt trong nhiều ngành công nghiệp nhờ đặc tính chịu lực, mài mòn vượt trội. Dưới đây phân tích chi tiết 5 loại gang phổ biến, tính chất độc đáo và ứng dụng thực tế, giúp kỹ sư và nhà thiết kế lựa chọn vật liệu phù hợp nhất cho dự án.
1. Gang là kim loại gì? Khái niệm về gang và thành phần cấu tạo
Gang là hợp kim của sắt (Fe) và carbon (C) với hàm lượng carbon cao, thường dao động từ 2% đến 5% theo khối lượng. Gang là vật liệu kỹ thuật cơ bản được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp cơ khí và xây dựng.
1.1 Định nghĩa và nguồn gốc của gang
Gang được hình thành thông qua quá trình luyện kim từ quặng sắt trong lò cao, kết hợp với than cốc và chất trợ dung.
Tên gọi “gang” hay khái niệm về gang có nguồn gốc từ thuật ngữ luyện kim cổ, chỉ sản phẩm trung gian trong quá trình luyện thép. Tuy nhiên, nhờ những đặc tính kỹ thuật ưu việt, gang đã trở thành vật liệu độc lập có vai trò quan trọng trong công nghiệp.
1.2 Thành phần hóa học của gang là gì
Gang được làm từ gì là câu hỏi mà nhiều người thường thắc mắc. Ngoài thành phần chính là sắt và carbon, gang còn chứa các nguyên tố khác như:
- Silicon (Si): 1 ~ 3%, cải thiện tính đúc và khả năng hình thành graphite
- Mangan (Mn): 0.5 ~ 1.5%, tăng độ cứng và chống mài mòn
- Phốt pho (P): 0.05 ~ 1%, cải thiện độ lỏng khi đúc
- Lưu huỳnh (S): 0.02 ~ 0.2%, thường được kiểm soát ở mức thấp
- Các nguyên tố hợp kim: Cr, Ni, Mo, Cu được thêm vào để cải thiện đặc tính cụ thể
Tỷ lệ các nguyên tố này quyết định trực tiếp đến cấu trúc tế vi và tính chất cơ lý của gang, từ đó ảnh hưởng đến phạm vi ứng dụng của vật liệu.
2. Các loại gang phổ biến và đặc tính kỹ thuật
Nhiều người hỏi: Gang có mấy loại? Chi tiết gang làm từ gì? Gang có màu gì? Gang có tính chất gì? và gang dùng để làm gì?
Trong công nghiệp hiện đại, gang được phân loại thành nhiều dạng khác nhau dựa trên cấu trúc tế vi, hình thái của carbon và đặc tính cơ lý. Mỗi loại gang đều có những đặc tính riêng biệt phù hợp với các ứng dụng khác nhau.
2.1 Gang xám (Grey Cast Iron)
Gang xám là loại gang phổ biến nhất, chiếm khoảng 70% sản lượng gang toàn cầu. Đặc trưng bởi graphite tự do dạng vảy phân bố trong nền sắt.
Đặc tính kỹ thuật chính của các loại gang xám:
- Độ bền kéo: 100 ~ 400MPa
- Độ cứng: 150 ~ 300HB
- Khả năng hấp thụ rung động tốt
- Dẫn nhiệt tốt (42 ~ 50 W/m.K)
- Tính đúc và gia công tốt
- Chịu mài mòn tốt
Gang xám được ứng dụng làm khối động cơ, vỏ hộp số, đĩa phanh, ống cống và các chi tiết máy chịu tải trọng tĩnh cao.
2.2 Gang trắng (White Cast Iron)
Gang trắng có carbon ở dạng carbide sắt (Fe₃C) tạo thành cấu trúc cứng và giòn. Bề mặt gãy có màu trắng sáng đặc trưng.
Đặc điểm kỹ thuật và điểm nổi bật của các loại gang trắng:
- Độ cứng cực cao: 350 ~ 600HB
- Độ bền nén: 700 ~ 1200MPa
- Khả năng chống mài mòn xuất sắc
- Tính giòn cao, khó gia công cắt gọt
- Khả năng chịu nhiệt độ cao tốt
Gang trắng thường được sử dụng làm bi nghiền, lớp lót máy nghiền, guốc phanh đường sắt và các chi tiết cần độ cứng và chống mài mòn cao.
2.3 Gang cầu (Ductile/Nodular Cast Iron)
Gang cầu, còn gọi là gang dẻo, có graphite ở dạng cầu thay vì dạng vảy, tạo ra nhờ quá trình cầu hóa bằng magie hoặc cerium.
Cơ lý tính nổi bật của các loại gang cầu:
- Độ bền kéo cao: 370 ~ 850MPa
- Độ dẻo tốt: 2 ~ 18% độ giãn dài
- Độ cứng: 160 ~ 330HB
- Khả năng chịu va đập tốt
- Chịu mỏi tốt hơn gang xám
- Có thể chịu biến dạng trước khi gãy
Gang cầu được ứng dụng làm trục khuỷu, bánh răng, van công nghiệp (đặc biệt là van bướm gang, van cổng gang, van cầu gang), ống dẫn nước, nắp hố ga và các chi tiết cần kết hợp giữa độ bền cao và tính dẻo.
2.4 Gang dẻo (Malleable Cast Iron)
Gang dẻo được sản xuất thông qua quá trình xử lý nhiệt từ gang trắng, tạo ra graphite dạng cụm tròn (temper carbon).
Các loại gang dẻo có đặc tính kỹ thuật chính dưới đây
- Độ bền kéo: 350 ~ 450MPa
- Độ dẻo khá tốt: 10 ~ 15% độgiãn dài
- Độ cứng trung bình: 110 ~ 230 HB
- Khả năng chống va đập tốt
- Dễ gia công hơn gang xám
- Khả năng chống rạn nứt tốt
Gang dẻo thường được dùng làm khớp nối ống, phụ tùng ô tô, khóa, bản lề và các chi tiết phức tạp cần khả năng chịu va đập.
2.5 Gang hợp kim (Alloy Cast Iron)
Gang hợp kim là gang được bổ sung các nguyên tố hợp kim như Cr, Ni, Mo, Cu, V để cải thiện đặc tính cụ thể.
Các loại gang cầu có chung đặc điểm như dưới đây
- Độ bền kéo: 300 ~ 900MPa (tùy loại)
- Chịu nhiệt độ cao: lên đến 1000°C (với gang chịu nhiệt)
- Chống ăn mòn tốt (với gang chứa Cr, Ni)
- Chống mài mòn cực tốt (với gang chứa Cr, Mo)
- Độ cứng cao: 300 ~ 600HB
Các loại gang hợp kim được ứng dụng trong môi trường khắc nghiệt như lớp lót lò, ống xả động cơ, chi tiết chịu nhiệt, axit và môi trường ăn mòn mạnh.
3. Tiêu chuẩn và phương pháp nhận dạng mác gang
Để sử dụng gang hiệu quả trong thiết kế và sản xuất, các kỹ sư cần hiểu rõ hệ thống phân loại, gang ký hiệu là gì và tiêu chuẩn mác gang là gì
3.1 Tiêu chuẩn quốc tế và Việt Nam về gang
Gang được phân loại theo nhiều tiêu chuẩn khác nhau trên thế giới, tại Việt Nam thường sử dụng các tiêu chuẩn dưới đây
- Tiêu chuẩn ASTM (Mỹ):
- ASTM A48: Gang xám
- ASTM A536: Gang cầu
- ASTM A47: Gang dẻo
- Tiêu chuẩn ISO:
- ISO 185: Gang xám
- ISO 1083: Gang cầu
- ISO 5922: Gang dẻo
- Tiêu chuẩn TCVN (Việt Nam):
- TCVN 4399: Gang xám
- TCVN 4398: Gang cầu
3.2 Cách đọc và hiểu mác gang
Mác gang thường bao gồm các ký hiệu chỉ loại gang, cường độ cơ học và thành phần hợp kim:
- Hệ thống Việt Nam: Ví dụ GX150 (Gang xám, độ bền kéo 150 MPa)
- Hệ thống châu Âu (EN): Ví dụ EN-GJL-250 (GJL: Gang xám, 250: độ bền kéo 250 MPa)
- Hệ thống Mỹ: Ví dụ ASTM A48 Class 35 (Gang xám cường độ 35.000 psi)
Đối với gang hợp kim, mác thường bao gồm cả ký hiệu các nguyên tố hợp kim và hàm lượng, ví dụ: GX-NiCr15-5 (Gang xám chứa 15% Ni và 5% Cr).
4. Ứng dụng của gang trong công nghiệp và đời sống
Gang đã trở thành vật liệu không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và đời sống nhờ tính năng đa dạng và chi phí hợp lý.
4.1 Ứng dụng trong ngành cơ khí và sản xuất
Trong ngành cơ khí, gang được sử dụng để chế tạo nhiều loại phụ kiện và thiết bị công nghiệp khác nhau, phổ biến nhất vẫn là các thiết bị như:
- Động cơ và hệ thống truyền động: Khối xi-lanh, nắp xi-lanh, hộp số, thân máy
- Chi tiết chịu mài mòn: Bánh răng, trục, ổ trượt, thanh dẫn hướng
- Thiết bị nặng: Thân máy công cụ, đế máy, bệ máy
- Thiết bị công nghiệp: Vỏ bơm, vỏ tuabin, vỏ máy nén
Gang xám thường được lựa chọn cho các chi tiết có kết cấu phức tạp cần chịu tải trọng tĩnh, trong khi gang cầu được ưu tiên cho các chi tiết chịu va đập động.
4.2 Ứng dụng trong xây dựng và hạ tầng
Các loại gang xám và gang cầu được dùng nhiều trong lĩnh vực xây dựng và hạ tầng, gang đóng vai trò quan trọng:
- Hệ thống thoát nước: Ống cống, nắp hố ga, khung đỡ
- Hệ thống cấp nước: Ống dẫn, van, khớp nối, đầu nối
- Kết cấu kiến trúc: Cột, lan can, hàng rào trang trí
- Nội thất công cộng: Ghế công viên, trụ đèn, hộp thư
Gang cầu đã thay thế gang xám trong nhiều ứng dụng xây dựng do có độ bền và khả năng chịu va đập tốt hơn.
4.3 Ứng dụng trong đời sống và gia dụng
Trong đời sống hàng ngày, các loại gang trắng và gang dẻo xuất hiện trong nhiều sản phẩm gia dụng, thường thấy như
- Dụng cụ nhà bếp: Chảo gang, nồi gang, vỉ nướng
- Thiết bị sưởi: Lò sưởi, bộ tản nhiệt
- Nội thất: Phụ kiện trang trí, bản lề, tay nắm cửa
- Thiết bị nông nghiệp: Phụ tùng máy kéo, lưỡi cày
Đặc biệt, chảo gang được ưa chuộng trong nấu nướng nhờ khả năng giữ nhiệt tốt và tạo ra lớp chống dính tự nhiên khi được xử lý đúng cách.
5. Ưu điểm và nhược điểm của vật liệu gang
Việc hiểu rõ ưu nhược điểm của gang giúp kỹ sư và nhà thiết kế lựa chọn đúng vật liệu cho từng ứng dụng cụ thể.
5.1 Ưu điểm nổi bật của gang
Với đặc điểm thành phần tạo nên vật liệu gang, dòng vật liệu này sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội:
- Tính đúc tuyệt vời: Khả năng chảy lỏng tốt, dễ đúc chi tiết phức tạp, co ngót thấp
- Khả năng chống mài mòn cao: Đặc biệt với gang xám và gang trắng
- Khả năng hấp thụ rung động: Gang xám có khả năng giảm chấn tốt
- Dẫn nhiệt tốt: Tản nhiệt hiệu quả trong các ứng dụng nhiệt
- Chi phí sản xuất thấp: Rẻ hơn nhiều so với thép đúc và hợp kim nhôm
- Khả năng tái chế cao: Có thể tái chế gần như hoàn toàn
5.2 Hạn chế và giải pháp khắc phục
Bên cạnh ưu điểm, gang cũng có một số hạn chế cần được xem xét:
- Tính giòn cao: Đặc biệt với các loại gang xám và gang trắng
- Giải pháp: Sử dụng gang cầu hoặc gang dẻo cho ứng dụng cần độ dẻo
- Khả năng chịu kéo thấp: Các loại gang nói chung đều thấp hơn so với thép
- Giải pháp: Tăng tiết diện hoặc sử dụng mác gang cầu có cường độ cao
- Khả năng hàn khó: Đặc biệt với gang xám
- Giải pháp: Sử dụng kỹ thuật hàn đặc biệt, gia nhiệt trước và làm nguội chậm
- Độ dai va đập thấp: Dễ gãy dưới tải trọng động
- Giải pháp: Sử dụng mác gang cầu có độ dai va đập cao hơn
6. Câu hỏi thường gặp về gang
Dưới đây là một số câu hỏi thường gặp về gang là gì và các thông tin liên quan:
6.1 Gang có phải là kim loại không?
Gang là hợp kim của sắt và carbon, nên được xếp vào nhóm vật liệu kim loại. Tuy nhiên, gang có hàm lượng carbon cao hơn thép (2 ~ 5% so với dưới 2%), làm cho nó có một số tính chất khác biệt như tính giòn cao hơn và nhiệt độ nóng chảy thấp hơn.
6.2 Gang được làm từ gì và có màu gì?
Gang được làm từ quặng sắt, than cốc và đá vôi thông qua quá trình luyện kim trong lò cao. Về màu sắc, gang thường có màu xám đến đen, nhưng bề mặt gãy có thể khác nhau:
- Các mác gang xám có bề mặt gãy màu xám đậm
- Các mác gang trắng có bề mặt gãy màu trắng sáng
- Các mác gang cầu và gang dẻo có bề mặt gãy màu xám nhạt đến bạc.
6.3 Gang và thép khác nhau như thế nào?
Sự khác biệt chính giữa gang và thép nằm ở hàm lượng carbon và đặc tính cơ lý:
- Hàm lượng carbon: Gang chứa 2 ~ 5% carbon, thép chứa dưới 2% carbon
- Tính dẻo: Gang thường giòn hơn, thép dẻo hơn
- Khả năng đúc: Gang có tính đúc tốt hơn thép
- Độ bền kéo: Thép thường có độ bền kéo cao hơn gang
- Ứng dụng: Gang thích hợp cho chi tiết đúc phức tạp, thép thích hợp cho kết cấu chịu lực
6.4 Gang có ứng dụng gì trong công nghiệp hiện đại?
Trong công nghiệp hiện đại, gang vẫn giữ vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng:
- Khối động cơ ô tô và máy móc công nghiệp
- Hệ thống đường ống cấp thoát nước
- Chi tiết chịu mài mòn trong ngành khai thác và chế biến
- Thiết bị điện như vỏ máy biến áp, hộp đấu dây
- Thiết bị nông nghiệp và công nghiệp thực phẩm
- Các ứng dụng kiến trúc và trang trí
Đặc biệt, với sự phát triển của công nghệ luyện kim, gang cầu cường độ cao (ADI – Austempered Ductile Iron) đang được ứng dụng để thay thế thép trong nhiều ứng dụng, kết hợp được ưu điểm của cả gang và thép.
7. Kết luận về gang
Gang là vật liệu kỹ thuật quan trọng với lịch sử lâu đời và ứng dụng đa dạng trong công nghiệp hiện đại. Bài viết đã giải đáp chi tiết về “gang là gì”, phân tích 5 loại gang phổ biến cùng đặc tính, ứng dụng và cách nhận biết mác gang theo tiêu chuẩn.
Mỗi loại gang – từ gang xám, gang trắng, gang cầu đến gang dẻo và gang hợp kim – đều có những đặc tính riêng biệt, phù hợp với các ứng dụng cụ thể trong công nghiệp và đời sống.
Tác giả SYV của ShinYiValve là nhóm tác giả gồm những kỹ sư chuyên ngành valve (van), am hiểu về vật liệu - tiêu chuẩn valve và ống - đồng thời là những người từng thiết kế và thi công các hệ thống đường ống, đặc biệt là hệ thống cấp thoát nước
